5?羥甲基糠醛可由廉價(jià)的、可再生的六碳糖、低聚糖、高聚糖，甚至秸稈、甘蔗渣、以及玉米芯等生物質(zhì)原料在催化劑作用下脫水分解制備，在國際上被視為一種介于生物基糖化學(xué)和石油基化學(xué)之間的關(guān)鍵橋梁化合物，可用于合成許多有用化合物以替代石油基化學(xué)品，應(yīng)用于包括燃料、醫(yī)藥、新型高分子材料、塑料、燃油添加物等。但是事實(shí)上，時(shí)至今日該線路仍然難以滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求，主要原因是由于該反應(yīng)產(chǎn)物5?羥甲基糠醛本身的化學(xué)不穩(wěn)定性，在水溶液中容易生成部分不可溶的胡敏素和一些可溶的聚合物，以及進(jìn)一步水合生成乙酰丙酸和甲酸等副產(chǎn)物。

5?羥甲基糠醛分子呋喃環(huán)上帶有醛基和羥甲基，可以催化氧化生成一系列呋喃類芳香化合物，根據(jù)氧化的位置和氧化程度，可以分別氧化成5?羥甲基?2?呋喃甲酸(5?hydroxymethylfuroic acid，HMFCA)，2，5?呋喃二甲醛(2，5?diformylfuran，DFF)，5?甲?；?2?呋喃甲酸(5?formylfuroic acid，F(xiàn)FCA)，2，5?呋喃二甲酸(2，5?furandicarboxylic acid，F(xiàn)DCA)等基于呋喃環(huán)的平臺(tái)化合物。

5?羥甲基糠醛的氧化衍生物中，F(xiàn)DCA的市場(chǎng)前景最為廣闊。FDCA與石油基大宗化學(xué)品對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)相似，可以作為市場(chǎng)份額高達(dá)4500萬t/a的對(duì)苯二甲酸替代物，用于聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚對(duì)苯二酸丙二醇酯(PTT)等大宗型聚酯材料的制備；聚酯、聚酰胺等聚合物新材料。例如，作為年產(chǎn)量超過7000萬噸的PET的生物基替代物制備得到聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)不僅具有更好的可持續(xù)性，在性能上也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，包括更高的耐熱性、力學(xué)強(qiáng)度以及高約一個(gè)數(shù)量級(jí)的氣體阻隔性。

FDCA的合成技術(shù)路線主要包括5?羥甲基糠醛路線、己糖二酸路線、糠醛路線和二甘醇酸路線，如圖2所示。其中，5?羥甲基糠醛路線最受重視，已取得了顯著的進(jìn)展，是有望率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的方法。5?羥甲基糠醛路線路線通常分為兩步法和一步法，兩步法即首先從糖類脫水得到5?羥甲基糠醛路線，將5?羥甲基糠醛路線分離、純化后，再用于氧化合成FDCA。一步法是通過糖類脫水得到5?羥甲基糠醛路線，5?羥甲基糠醛不經(jīng)分離直接被氧化得到目標(biāo)產(chǎn)物FDCA。由于在5?羥甲基糠醛的制備過程中，其分離和純化技術(shù)難關(guān)尚未得到有效解決，導(dǎo)致其在相關(guān)衍生物的研究及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域受到一定程度限制。因此直接由糖類化合物如果糖、葡萄糖以及蔗糖等生物質(zhì)，通過“一鍋法”合成5?羥甲基糠醛氧化衍生物成為了解決該問題的有效途徑。

基于原料HMF分離困難因而價(jià)格昂貴，使得2,5?呋喃二甲醛的生產(chǎn)成本很高。本發(fā)明采用碳水化合物作原料，溫和條件下一鍋法原位氧化HMF得到2,5?呋喃二甲醛，避免分離HMF，降低成本，在經(jīng)濟(jì)上有著極大的優(yōu)勢(shì)，且更符合綠色化學(xué)的目標(biāo)。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種利用糖類化合物為原料，經(jīng)一步法催化轉(zhuǎn)化制備2,5?呋喃二甲酸的方法，該方法采用高壓CO2/O2氣體和釕基鑭鈮酸為催化劑，輔以碳酸鈉?戊二酸鋅作為助劑，在雙氧水/1,3?二甲基?2?咪唑啉酮溶液/碳酸二甲酯溶劑體系中一步法將糖類化合物轉(zhuǎn)化為FDCA，在經(jīng)濟(jì)上有著極大的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的一步法清潔制備2,5?呋喃二甲酸的方法，具體操作步驟如下：

(1)將5～20重量份的糖類化合物、0.5重量份碳酸鈉?戊二酸鋅、0.3～0.5重量份的催化劑以及100重量份由雙氧水、1,3?二甲基?2?咪唑啉酮溶液和碳酸二甲酯組合而成的混合溶劑，倒入高壓反應(yīng)釜中，迅速密封后以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌均勻；

(2)繼續(xù)保持300r/min的攪拌速度，通入CO2/O2混合氣體至高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓力為6～8MPa，隨后加熱至185～195℃，反應(yīng)10～45min后停止反應(yīng)，自然冷卻至室溫，即得以2,5?呋喃二甲酸為主要產(chǎn)物的混合液。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1.采用CO2/O2混合氣體、結(jié)合釕基鑭鈮酸作為催化劑，在高溫高壓條件下，該催化體系具有適宜的酸性和氧化性，可以一步法將糖類化合物高選擇性的催化為2,5?呋喃二甲酸，一方面避免了在反應(yīng)過程中使用液體強(qiáng)酸而腐蝕設(shè)備的缺陷，同時(shí)也避免了5?羥甲基糠醛復(fù)雜的分離純化步驟，提高了該反應(yīng)的可操作性。

2.針對(duì)CO2在高溫液中的溶解能力弱，從而極大的降低了其催化果糖分解制備5?羥甲基糠醛的催化活性的問題，本發(fā)明首次提出以碳酸鈉?戊二酸鋅混合物作為催化劑助劑，可起到活化CO2、增加CO2高溫液中的溶解度和電離為H 的能力，從而極大的提高了中間產(chǎn)物5?羥甲基糠醛的能力。

3.本發(fā)明所用的釕基鑭鈮酸是一種非均相催化劑，在催化反應(yīng)完成后可通過離心分離實(shí)現(xiàn)回收，并在高溫焙燒活化處理后，可極大程度的恢復(fù)原催化活性，從而有效的降低2,5?呋喃二甲酸的生產(chǎn)成本。

4.本發(fā)明所用的釕基鑭鈮酸催化劑以Ru和HLaNb2O7為共同活性中心，一方面可通過改變兩者的含量比調(diào)控的酸堿性含量及氧化能力，同時(shí)這兩個(gè)活性中心還顯示出了協(xié)同效應(yīng)，提升了催化劑的催化效率和催化選擇性。

5.本發(fā)明采用的雙氧水、1,3?二甲基?2?咪唑啉酮溶液和碳酸二甲酯組合而成的混合液為溶劑，具有無毒、使用安全、污染少、容易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，一方面降低了生產(chǎn)成本和分離純化的難度，同時(shí)很大程度減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，更符合綠色化學(xué)的要求，此外相對(duì)單一的碳酸二甲酯或水溶劑，雙氧水、1,3?二甲基?2?咪唑啉酮溶液和碳酸二甲酯體系間憑借溶劑間的協(xié)同效應(yīng)，從而具有更優(yōu)秀的催化效率。